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江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 0 附錄 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 1 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 2 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 3 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 4 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 5 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 6 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 7 單澆口優(yōu)化注塑模 摘要 本文論述了一種單澆口位置優(yōu)化注塑模具的方法 客觀的澆口優(yōu)化 盡量減少注塑制品翹曲變 形 因為翹曲是一個關(guān)鍵質(zhì)量問題 對大多數(shù)注塑件 這絕大部分受澆口位置影響 專題翹曲的定義 是用比例最大位移對特征表面預計長度的表面特征來描述零件翹曲 優(yōu)化相結(jié)合 數(shù)值模擬技術(shù) 以 找到最佳的澆口位置 其中 模擬退火算法就是用來尋找最佳的澆口位置 最后 其中一個例子是討 論有關(guān)文件 并可以得出結(jié)論認為 所提出的方法是有效的 關(guān)鍵詞 注塑模 澆口位置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 功能翹曲 導言 塑料注塑成型 是一種廣泛使用的 復雜的 對大型品種的塑料制品 尤其是那些高產(chǎn)量要求 精密復雜形狀的有高效率的技術(shù)制作 質(zhì)量注塑件是一個有功能性 部分幾何 模具結(jié)構(gòu)和工藝條件 的塑膠材料 最重要的一部分 注塑模 基本上是以下三組組成 腔 澆口和澆道 和冷卻系統(tǒng) Lam 和 Seow 2000 Jin 和 Lain 2002 達到平衡腔不同壁厚的一部分 平衡充填過程內(nèi)部腔 給出了一個均勻分布的壓力和溫度 可大幅度減少該部的翹曲 但腔平衡只是其中一個影響零件質(zhì)量 的重要因素 尤其是零件有其功能要求 其厚度通常不應該多種多樣 從這個角度談了注塑模具設計 澆口是由其尺寸和位置 和澆道系統(tǒng)的規(guī)模和布局表征的 澆口尺寸和澆道布局通常定為常量 相對 地 澆口位置和澆道的大小是比較有彈性的 能夠多樣的影響零件質(zhì)量 因此 他們往往優(yōu)化設計參 數(shù) Lee 和 Kim 1996 年 為多種注射溶洞優(yōu)化了澆道和澆口的大小來平衡澆道系統(tǒng) 澆道維持平衡 可以理解為有相同腔的多腔模具的不同入口壓力 在每一個腔每一個熔體流道底部有不同的情體積和 幾何形狀 該方法已顯示壓力在整個多腔模具成型周期中的單腔里均勻分布 Zhai 等 2005 年 發(fā)布兩個澆口位置優(yōu)化 它的一個成型腔是由一個在壓力梯度的基礎上的高效 率的搜索方法 PGSS 為由不同尺寸的澆道多澆口零件定位 熔接線向理想的地點 翟等 2006 作為大容量的一部分 多澆口需要縮短最高流徑 與相應減少注射壓力 該方法大可成為設計多澆 口單型腔的澆口和澆道 許多注塑件是只制作一個澆口 無論是在單型腔模具或多個腔模具 因此 單澆口的澆口位置是 最常見的設計優(yōu)化參數(shù) 形狀分析方法是由 Courbebaisse 和 Gaarrcia 2002 年提出 是最佳澆口位置 的注射成型估計 后來 他們研制的這種理論進一步研究和應用于單一澆口位置優(yōu)化的一個 L 形例子 庫爾伯貝斯 2005 年 它易于使用 而不耗費時間 而且它只不過是提供了簡單的有均勻厚度的 平面零件 Pandelidis 和 Zou 1990 年 提出的優(yōu)化澆口位置 由間接質(zhì)量相關(guān)引起的翹曲和物質(zhì)降解 這 代表著加權(quán)溫度差 摩擦過熱的時間 翹曲是受上述因素的影響 但它們之間的關(guān)系并不明確 因 此 優(yōu)化效果是受制于測定轉(zhuǎn)歸的加權(quán)因素 Lee 和 Kim l996b 研制出一種自動選擇澆口位置的方法 其中一套初步澆口位置 由設計師 提出 最優(yōu)澆口是位于相鄰節(jié)點 結(jié)論在很大程度上 取決于設計師的直覺 因為第一步是基于設計師的主張 所以在相當大的程度上 受限于設計師的經(jīng) 驗 Lam 和 Jin 2001 開發(fā)了澆口位置優(yōu)化方法 基于最大限度地減少了標準偏差的流徑長度 標準 差 大 和在成型充填過程中的標準偏差的灌裝時間 標準差 T 隨后 沈等人 2004 年 優(yōu)化了澆口位置設計通過最小加權(quán)充氣壓力 灌裝時間區(qū)別不同的水流路徑 溫差變化大 以及過 度包裝的百分比 Zhai 等 2005 年 在去年底調(diào)查了最佳澆口位置與評價標準的注射壓力 這些 研究人員介紹目標函數(shù)作為注塑成型灌裝操作 這對相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)有益 但之間的相關(guān)性是非常復 雜和不清晰在它們之間已經(jīng)觀察到 人們還很難選擇適當?shù)募訖?quán)因子為每個函數(shù) 一個新的目標函數(shù)來評價注塑制品翹曲變形 以優(yōu)化澆口位置 直接衡量零件質(zhì)量 這項調(diào)查定 義特征翹曲來評價零件翹曲 這是從 流加翹曲 模擬產(chǎn)出 Mouldflow 塑料洞察力 電傳等 的軟件 目標函數(shù)最小化 在澆口位置優(yōu)化 以達到最低變形 模擬退火算法是用來尋找最優(yōu)澆口位置 給 出了一個例子來說明建議優(yōu)化程序的有效性 質(zhì)量措施 特征翹曲 定義特征翹曲 運用優(yōu)化理論設計澆口 零件的質(zhì)量措施必須指定在初審 術(shù)語 質(zhì)量 可轉(zhuǎn)介許多產(chǎn)品性能 如 力學 熱學 電子 光學 工效學或幾何性質(zhì) 有兩種零件質(zhì)量測量 直接和間接 一個有預測性的 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 8 模型 從數(shù)值模擬結(jié)果 可作為一個直接的質(zhì)量測量 相比之下 間接測量的零件質(zhì)量是正相關(guān)目標 質(zhì)量 但它并不能提供對其質(zhì)量的直接估計 翹曲 在相關(guān)工程的間接質(zhì)量測量 是一個注塑成型流動行為或加權(quán) 這種行為是作為填充不同流徑 的時間差 溫度差 過度包裝的比例問題 等等 這是很明顯的 翹曲是受這些因素的影響 但翹曲 和這些因素的關(guān)系是不明確的 而且決定這些因素所占的比重是相當困難的 因此 用上述目標函數(shù) 優(yōu)化大概不會減低零件翹曲 甚至是完美的優(yōu)化技術(shù) 有時 不恰當加權(quán)因素 將導致完全錯誤的結(jié) 果 一些統(tǒng)計量計算 節(jié)點位移被定性為直接質(zhì)量測量 以達到最低變形鏈優(yōu)化研究 統(tǒng)計數(shù)量通常 是最多節(jié)點位移 平均每年有 10 的節(jié)點位移 而且整體平均節(jié)點位移 李和金 1995 1996 這些節(jié)點的位移容易從數(shù)值模擬結(jié)果獲得 統(tǒng)計值 在一定程度上代表著變形 但統(tǒng)計位移不能有 效地描述變形的注塑件 在工業(yè)方面 設計者和制造商通常更加注意 部分上翹曲在某些特點上超過整個變形注射模塑件 的程度 在這項研究中 特征翹曲是用來形容變形的注塑件 特征翹曲是表面上的最大位移與表面特 征的預計長度之比 圖 1 1 其中 是特征翹曲 h 是特征表面偏離該參考平臺的最高位移 L 是在與參考方向平行的參考平臺上 的表面特征的預計長度 對于復雜的特點 這里只討論平面特征 翹曲的特點是通常在參考平面內(nèi)分為兩個區(qū)域 它是 代表一個二維坐標系統(tǒng) 2 其中 是特征翹曲在 X Y 方向 是表面特征的預計長度在 X Y 上的投影 特征翹曲的評定 與相應的參考平面和投影方向結(jié)合起來測定目標特征后 其 L 的值可以從圖中用解析幾何立即計 算出來 圖 2 在特定的表面特征和預測的方向 L 是一個常量 但 H 的評定比 L 復雜得多 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 9 模擬注射成型過程是一種常見的技術(shù) 以預測質(zhì)量來設計零件 設計模具和工藝設置 結(jié)果翹曲 模擬表達為節(jié)點撓度上的 X Y Z 分量 以及節(jié)點位移 W W 是向量長度的矢量總 和 其中 i j k 是在 X Y Z 方向上的單位矢量 H 是在特征表面上的節(jié) 點的最大位移 這與通常方向的參考平面相同 并能產(chǎn)生結(jié)果的翹曲仿真 計算 h 時 節(jié)點的撓度提取如下 其中 是撓度在正常方向參考平面內(nèi)提取節(jié)點 是對撓度的 X Y Z 分量的 提取節(jié)點 是角度的向量參考 A 和 B 是終端節(jié)點 可以預測方向 圖 2 和 是節(jié)點 A 和 B 的撓度 其中 是對節(jié)點 A 的撓度在 X Y Z 方向上的分量 和 是對節(jié)點 B 的撓度在 X Y Z 方向上的分量 和 是終端節(jié)點撓度的加權(quán)因子 計算方法如下 是提取節(jié)點和節(jié)點 A 投影間的距離 H 是 的最大絕對值 在工業(yè)方面 視察該翹曲借助了一個觸角衡量 被測工件放在一個參考平臺上 H 是一個最大數(shù) 值 讀數(shù)在被測工件表面和參考平臺間 澆口位置優(yōu)化問題的形成 從質(zhì)量來說 翹曲 是指永久變形的部分不是由實用的負載引起的 它是由整體差動收縮引 起 即聚合物流通 包裝 冷卻 結(jié)晶的不平衡 安置一個澆口 在注射模具整個設計中是一個最重要的步驟 高質(zhì)量的成型零件受澆口的影響很 大 因為它影響塑料流進入型腔的澆道 因此 不同的澆口位置會引入不均勻的取向 密度 壓力和 溫度分布 因而引入不同的值和分配翹曲 因此 澆口位置 是一個有用的設計變量 以盡量減少注 塑零件翹曲 因為相關(guān)關(guān)系澆口位置和翹曲分布 是在相當大程度上獨立于熔體和模具的溫度 在這 項調(diào)查中它是假定該成型條件保持不變 注射成型零件翹曲是量化特征翹曲 其中在上一節(jié)討論了 因此單一澆口位置優(yōu)化 可以依如下制造 最小化 主題 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 10 其中 是特征翹曲變形 p 是在澆口位置的注入壓力 是注入成型機器的可允許注入壓力或被設計 者或制造業(yè)者指定的可允許的注入壓力 x 是坐標向量的候選澆口位置 是節(jié)點有限元網(wǎng)格模型的 一部分 為注射成型過程模擬 N 是節(jié)點總數(shù) 在有限元網(wǎng)格模型中 每一個節(jié)點都有可能是一個澆口 因此 可能是澆口位置的總數(shù) 是一 個有關(guān)的總節(jié)點數(shù)目 N 和總澆口數(shù) n 的函數(shù) 在這項研究中 只對單澆口選址問題進行調(diào)查 模擬退火算法 模擬退火算法是其中最強大和最流行的元啟發(fā)式解決優(yōu)化問題 因為提供良好的以實際條件全面 化解決辦法 該算法是基于 Metropolis 1953 這原本是用來在原子某一特定溫度找到一個 平衡點的方法 這一算法和數(shù)字最小化的聯(lián)系是 Pincus 1970 年 第一個注意到 但 Kirkpatrick 1983 年 等人提議 把它形成一項優(yōu)化技術(shù)組合 或其他 運用模擬退火法優(yōu)化問題 目標函數(shù) f 是用來作為函數(shù) E 的能源 而不是找到一個低能源配置 問題就變成尋求近似全局最優(yōu)解 配置的值的設計變量是替代能源配置本身 控制參數(shù)的過程是取代 溫度 一個隨機數(shù)發(fā)生器被用作為設計變量產(chǎn)生新的值 這是顯而易見的 該算法只需要將極小化 問題列入考慮范圍 因此 在最大化問題上 目標函數(shù)是乘以 1 來取得一個可能的數(shù) 模擬退火算法的主要優(yōu)點是比其他方法更能夠避免在局部極小被困 這種算法采用隨機搜索 而 不是只接受變化 即減少目標函數(shù) f 而且還接受了一些變化來增加它 后者則是接受一個概率 P 其中 是 f 的增量 k 是 Boltzman 常數(shù) T 是一個控制參數(shù) 其中原數(shù)分析是眾所周知的 恒溫 制 度 并且無視客觀功能參與 在澆口位置優(yōu)化 實施這一算法的說明圖 圖 3 此算法的詳細情況如下 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 11 1 SA 算法開始是從最初的澆口位置 同一個指定值的 溫度 參數(shù) T 溫度 計數(shù)器 K 最初定為零 適當控制參數(shù) 0 c 1 給出退火過程與馬爾可夫鏈 N 2 SA 算法在 的旁邊生成一個新的澆口位置 來計算目標函數(shù) f x 的值 3 新澆口位置由接受函數(shù)決定接受的概率 一個統(tǒng)一的隨機變量 產(chǎn)生 0 1 如果 接受 否則就拒絕 4 這個過程重復是 的迭代次數(shù) 用這種序列審判澆口位置被稱為馬爾可 夫鏈 5 因為減少的 溫度 生成一個新的馬爾可夫鏈 在先前的馬爾可夫鏈里 從最后接受的澆口位置生成 這一 溫度 減少的過程將一直持續(xù)直到酸算法結(jié)束 應用與探討 在一個復雜的工業(yè)產(chǎn)品中應用 在這一節(jié)討論質(zhì)量測量和優(yōu)化方法 該部分是由一個制造商提供 如圖 4 所示 在這一部分 平坦的基底表面上是最重要的輪廓精度要求 因此 翹曲變形特征在基 底表面討論 其中參考平臺指定為水平面附于基底表面 縱方向指為預計參考方向 參數(shù) h 是基底面 對正常方向的最高偏轉(zhuǎn)即垂直方向 參數(shù) L 是基底表面的預測長度在縱向上的投影 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 12 圖 4 制造商提供的工業(yè)產(chǎn)品 該產(chǎn)品的材料是尼龍 Zytel 101L 30 EGP 杜邦工程聚合物 在模擬算法中的成型條件列 在表 1 圖 5 顯示了有限元網(wǎng)格模型的一部分 是受制于數(shù)值模擬 它有 1469 個節(jié)點和 2492 元素 目標函數(shù) 即特征翹曲 由方程 1 3 6 定義 其中 h 是從 流量 流道分析序 列中式 1 里的 MPI 所得 L 在該工業(yè)產(chǎn)品中的測量值即 L 20 50 毫米 表 1 在仿真中的成型條件 MPI 的是注塑成型模擬使用最廣泛的軟件 它可以向您推薦在流動平衡前提下的最佳澆口位置 對于澆口位置設計 澆口位置分析是一個有效的工具 但除了實證方法 對于這點 澆口選址分析 MPI 認為最佳澆口位置是接近節(jié)點 N7459 如圖 5 所示 零件翹曲是模擬在此推薦澆口基礎上 因此 特征翹曲評定 這很有價值 在實際制造中 零件翹曲是可見的在樣品工件上 這 是制造商不能接受的 在基底表面的最大翹曲 是由不均勻取向分布的玻璃纖維造成的 圖 6 所示 圖 6 顯示 玻璃纖 維取向的變化 從消極方向到積極方向進行 因為這個澆口位置 尤其是最大的纖維方向轉(zhuǎn)變在這個 澆口附近 澆口位置造成的多樣化的纖維取向引起嚴重的差動收縮 因此 特征翹曲是和澆口的位置 有關(guān) 必須優(yōu)化 以減少部分翹曲 江 蘇 財 經(jīng) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 論 文 13 在本條中搜索討論優(yōu)化澆口位置 模擬退火 模擬退火算法 是適用于這個的 最高迭代次 數(shù)選定為 30 至確保精密的優(yōu)化 而且進行多次的隨機試驗 讓每一次迭代中被評為 10 至跌幅的概率 為無效迭代 使之沒有一個重復的方案 N7379 節(jié)點 圖 5 是最佳澆口位置 特征翹曲評定 從翹曲模擬結(jié)果函數(shù) f X 0 97 可說是少于 MPI 建議的澆口 在實際制造中零件翹曲 符合制造商的要求 圖 6b 表明 在模擬纖維取向 它是可見的最優(yōu)澆口位置 取決于玻璃纖維取向 因此 減少收縮差異在垂直方向沿縱向發(fā)展 因此 特征翹曲減少了 結(jié)論 在這項調(diào)查中 特征翹曲是來描述注塑制品翹曲變形 在數(shù)值模擬軟件 MPI 的基礎上評定 特征 翹曲的評定是為單一澆口位置塑膠注塑模具 基于數(shù)值模擬結(jié)合模擬退火算法優(yōu)化 工業(yè)產(chǎn)品作為一 個例子來說明所提出的方法 該方法取決于最佳澆口位置 產(chǎn)品是令制造商滿意的 這個方法也適 合于其它翹曲最小化的優(yōu)化問題 例如優(yōu)化多澆口位置 流道系統(tǒng)的平衡 并選擇各向異性材料 參考文獻 Courbebaisse G 2005 Numerica1 simulation of injection moulding process and the pre moulding concept Computational Materials Science 34 4 397 405 dol 1O 1O164 commatsci 2004 11 0041 Courbebaisse G Garcia D 2002 Shape analysis and injetion moulding optimization Computational Materia Science 25 4 547 553 dol lO 1016 S0927 0256 000333 6 Jin S Lam Y C 2002 2 5D cavity balancing Journal of 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